磁化学传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于磁化学传感器的传感器元件，其包括第一凝胶样材料（１０）、特别是可膨胀性水凝胶如聚丙烯酰胺，以及颗粒形式的磁性第二材料（２０）、特别是磁铁矿（Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］）纳米颗粒，所述第二材料与分析物例如葡萄糖的受体一起包埋在所述第一材料中。ＧＭＲ元件（５０）来检测由于与所述分析物的相互作用而引起的磁场的变化。应用包括生物传感器、ＤＮＡ测试装置和高通量筛选。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁化学传感器本专利技术涉及用于检测样品中的一种或多种分析物的装置的领域，特别 涉及用于检测水溶液中的生物分子的装置的领域。本专利技术涉及检测液体中的分析物，特别涉及检测水溶液中的生物分子。US 5,821,129披露了一种磁化学传感器，在此通过引用将其并入本申 请。该装置布局使得传感器和传感器读出部分在空间上是分离的，使得能 够进行遥感。但是，当采用US 5,821,129中的传感器进行持续监测人体内 的生理参数时，其存在缺陷。例如，通过向叠加的传感器结构施加磁场以 及从包括巻曲结构的检测单元中测定电压来完成传感器读出。这种方法妨 碍了所述装置的小型化。此外，所述装置需要由至少三层组成的传感器单 元，其中两层是磁性的，以及一层是应答于特定的刺激。本专利技术认为遥感 对于长期植入是不合乎需要的，其需要植入完整的装置。因此，本专利技术的一个目的是提供容许更快速的检测以及对于大多数应 用可以被小型化的磁化学传感器。通过本专利技术的权利要求1的传感器实现了这个目的。因此，本专利技术提供了磁化学传感器，特别是用于确定液体样品中至少 一种分析物的存在、特性、数量和/或浓度的磁化学传感器，其包括:(a) 第一材料，其中第一材料是适用于根据其与所述至少一种分析 物的相互作用而改变其物理性能的弹性材料；(b) 第二材料，其包埋于第一材料内，其中第二材料是磁性材料。 对于大多数应用而言，本专利技术的传感器显示出以下优点中的至少一个优点 所述弹性材料中的高含水量使得生物污垢(biofouling)受到抑制； 所述弹性材料中的高含水量引起高生物兼容性； 所述弹性材料的小厚度弓I起快速应答； 高准确性； 小的形状系数； 廉价的系统设计。在本专利技术中，术语弹性特别地表示、包括和/或描述了材料的性能， 其可以是至少部分弹性变形的，即变形是至少部分(或完全)可逆的(恢复其 原来的形状、大小、尺度)。在本专利技术中，弹性特别地表示、包括和/或描 述完全可逆的形状恢复过程。在本专利技术中，术语磁性特别地表示、包括和/或描述材料的性能，其 表现出净永久磁偶极矩。在本专利技术的优选的实施方式中，第二材料包括超顺磁性材料。在本发 明中，术语超顺磁性特别地表示、包括和/或描述了该材料在存在磁场的 情况下只表现出了净磁偶极矩。已经显示出这对于本专利技术内的多种应用都是有利的，特别是当磁场是 由激发金属线递送的时候(例如参照图3)。当关闭磁场时，颗粒的净磁偶极 矩再次变为零，传感器没有检测到磁场。这种现象容许调节信号以及按特 殊的频率进行读出，通过这种方式可以很大程度上抑制噪音。在本专利技术的优选的实施方式中，第二材料包括永久磁化材料。本专利技术内的多种应用已经显示出，通过这样做，由于第二材料的高磁 力矩可以提高信噪比。此外，在本专利技术的多种应用中，都可以降低电力以 及便利读出电子设备。在本专利技术优选的实施方式中，当与至少一种分析物相互作用时，第一 材料可以改变其大小和/或厚度。在本专利技术的一个实施方式中，提供了小颗粒形式的第二材料，所述小 颗粒分散于第一材料内，并且不能扩散或迁移出第一材料。在本专利技术的一个实施方式中，提供了凝胶形式的第一材料。在本专利技术的进一步的实施方式中，有着变化的方向，其中主要是第一 材料应答于至少一种分析物的出现而发生的方向变化。优选地，第一^料 的变化包括收縮和/或膨胀。在本专利技术的进一步的实施方式中，所述装置包括具有传感器方向的传 感器，而变化方向基本上垂直于传感器方向。术语传感器方向特别地表示和/或包括其中当传感器本身在一个或两 个维度上的延伸程度要大于其它两个(或一个)维度，使得传感器或者有些扁 平状或者形成针状时，传感器方向是其中传感器具有最大延伸的方向。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的饱和磁化强度为^).1 x 105 A/m且S2x 106A/m。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的饱和磁化强度为^.5 x 105 A/m且:S8x 105A/m。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的饱和磁化强度为^ x 105 A/m 且S6x 105A/m。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的饱和磁化强度为^4x 105A/m 且S5.5x 105A/m。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的Langevin磁化率(在施用零磁 场时的磁化率)为2 10—5且《105。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的Langevin磁化率(在施用零磁 场时的磁化率)为2 10且《104。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的Langevin磁化率(在施用零磁 场时的磁化率)为2 1(^且d03。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料在所述第一材料内的浓度(表示 为占总体积的百分比)为^).1%且。0%。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料在所述第一材料内的浓度(表示 为占总体积的百分比)为^1%且《15%。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料在所述第一材料内的浓度(表示 为占总体积的百分比)为^5°/。且《10%。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的磁化强度(A/m)和浓度(占总 体积的百分比)的乘积为2103且《4*107。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的磁化强度(A/m)和浓度(占总 体积的百分比)的乘积为2104且《8*106。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的磁化强度(A/m)和浓度(占总 体积的百分比)的乘积为^5*104且《7*105。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的平均粒度为H nm且^40 nm。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的平均粒度为^ nm且。0 nm。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的多分散性为^1%且^40%。 在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的多分散性为^0%且^25%。 在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的磁各向异性常数为2P10Sj/m3 且《1*105 J/m3。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的磁各向异性常数为Sn()Sj/m3 且^5*104 J/m3。在本专利技术的一个实施方式中，第二材料的磁各向异性常数为^8M(^J/m3 且化2*104 J/m3。在本专利技术的一个实施方式中，提供了层形式的第一材料。术语层表示和减特别地包括第一材料在一个维度上的厚度要比在其 他所有维度上的厚度20%且《0% 。对于本专利技术内的一些应用而言，为了获得最佳的装置性能，层的厚度 被限定于一个范围内 一方面如果层太薄，会造成信号低和敏感性不足； 但是如果层太厚，长弥散时间会造成慢应答。在本专利技术的一个实施方式中，提供了厚度20.5 pm且^40 Mm的层形式 的第一材料。在本专利技术的一个实施方式中，提供了厚度^ ^im且SO pm的层形式的 第一材料。在本专利技术的一个实施方式中，提供了厚度klO 且^20 Mm的层形式的 第一材料。在本专利技术的一个实施方式中，第一材料包括水凝胶材料。在本专利技术中，术语水凝胶材料表示和/或特别地包括该材料包括在水 中形成了水膨胀网络的聚合物。术语水凝胶材料在本专利技术中还特别地表示至少一部分水凝胶材料包 括在水中形成水膨胀网络和/或水溶性的聚合物链的网络的聚合物。优选 地，膨胀状态的水凝胶材料包括^50%水和/或溶剂，更优选270%，以及最 优选^90%，其中优选的溶剂包括有机溶剂，优选是有机极性溶剂，以及最 优选是链垸醇如乙醇、甲醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
磁化学传感器，其特别用于确定液体样品中的至少一种分析物的存在、特性、量和／或浓度，所述传感器包括：　（ａ）第一材料，其中第一材料是弹性材料，其根据与所述至少一种分析物的相互作用而改变其物理性质；　（ｂ）第二材料，其包埋于所述第一材料中，其中所述第二材料是磁性材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-12-21 05112642.31.磁化学传感器，其特别用于确定液体样品中的至少一种分析物的存在、特性、量和/或浓度，所述传感器包括(a)第一材料，其中第一材料是弹性材料，其根据与所述至少一种分析物的相互作用而改变其物理性质；(b)第二材料，其包埋于所述第一材料中，其中所述第二材料是磁性材料。2. 权利要求1的传感器，其中所述传感器包括至少一个电流输送 工具，用于提供电流以引起第二材料中的磁偶极子方向的变化；和/或所述 传感器包括至少一个测量工具以及至少一个GMR元件，用于测量第二材 料的定向偶极子的杂散磁场的面内分量所引起的GMR元件的电阻的变化。3. 权利要求1或2的传感器，其中所述第二材料的饱和磁化强度 为21 x 1()5A/m且^1 x 106A/m。4. 权利要求1到3中任一项的传感器，其中所述第二材料在所述 第一材料中的浓度为^1%且^20%。5. 权利要求1到4中任一项的传感器，其中所述第二材料的磁化 率和浓度的乘积为^103且S 4* 107。6. 权利要求1到5中任一项的传感器，其中所述第二材料的平均 粒度为21 nm且S40nm。7. 权利要求1到...

【专利技术属性】
技术研发人员：MPB布吕根，M梅珍斯，H范佐恩，R库尔特，R彭特曼，DJ布勒布，E佩特斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]